三.数据链路层
1.数据链路层使用的信道
1.点对点信道：使用一对一的点对点通信方式(用户家庭连接到ISP的这一段信道就是点对点信道)
2.广播信道：使用一对多的广播通信方式(局域网)。例如在一条广播信道上可以同时连接许多个主机ABCD，A发送出的数据怎么样才能保证只有B能接收到，而C无法接收到，这就是怎么样在广播信道上实现点对点通信。
具体方法就是在发送帧的首部存放一个目的地MAC地址(唯一)，然后再各个站点接收的时候将接收到的地址与自己的MAC地址进行匹配，如果相同就说明这是发给自己的帧就接收，如果不同就丢弃。
另外由于连接在广播信道上的主机很多，有可能在当A主机给B发送数据时另外的两个主机同时也在发送数据，就有可能导致数据的相撞叠加失真，此时就需要专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
点对点通信和广播通信的区别可以理解为我要去高三(13)班找小徐，有两种方式。第一种就是直接发微信告诉她我找你有事，这种情况下消息只有小徐收到消息其他人并不知道；另外一种方式就是可以跑到她们班去当着全班面直接喊她的名字，而在这种情况下，全班人都能接收到消息。前者就是点对点通信，后者就是广播通信。另外，当全班人都听到名字时都会将自己的名字和被喊的名字进行对比，来看被叫的人是不是我，这就模拟了MAC地址匹配的过程，以确保我能正确找到人。
主机H1向主机H2发送数据，途中经过的网络可以是多种的，发送时数据在主机H1是逐层下交的，经过路由器R1时是逐层上交的，然后选择一个合适的端口再逐层下交离开路由器R1，类似地经过几个路由器之后到达H2的时候数据是逐层上交的。对于主机H1,H2它们有五层结构而对于路由器R1,R2,R3只有三层结构(物理层，链路层，网络层)。
物理层或者数据链路层不同的网络叫做异构网，利用路由器可以连接异构网。物理层或者数据链路层相同的网络叫做同构网。
3.链路和帧
链路(物理链路)：是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路(逻辑链路)：除了物理线路外，还必须要有通信协议来控制这些数据的传输。把这些实现协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法就是使用适配器(网卡NIC)来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
网络层的数据传送下来到数据链路层之后，数据链路层给他添加一个帧首部和帧尾部然后下送到物理层，物理层再将数据以比特流的形式在传输媒体上进行传输。如果只考虑数据链路层，可以认为帧直接在两者的数据链路层之间平行传输。
4.三个基本问题
数据链路层的协议有多种，其中有三个基本问题是相同的。
1.封装成帧
2.透明传输
3.差错检测
封装成帧：给一段数据前后分别添加首部尾部构成一个帧，确定帧的界限
一个帧所能携带的数据量是有限的(不超过MTU)，且一定小于数据链路层的帧长。
具体实现方法：添加控制字符(帧开始符SOH,帧结束符EOT)，这些控制字符不会出现在数据文本中否则会导致传输异常。
透明传输：当数据中有帧结束EOT标志时，会被当作结束符而导致数据不完整
用字节填充(字符填充)的方法解决透明传输的问题，在每一个控制字符或者转义字符前插入转义字符ESC(其十六进制编码是1B)，告诉接收方这并不是开始或者结束的标志，这只是数据内容。接收端的数据链路层在将数据送往网络层之间之前应该删除插入的转义字符。
其实透明传输的意思就是数据发送端想要发送什么数据接收端就能接收到数据而不会出现差错(即使数据中有帧开始符，帧结束符等)。
差错检测
在数据传输的过程中会出现比特差错(0变成1,1变成0)，错误的比特数占全部的比特数的值叫做误码率(和信噪比成反比)
常用的差错检测方法是CRC循环冗余检验：
1.在发送端先把数据划分为组。假定每组K个比特
2.假定待传送的一组数据M=101001(现在K=6)。我们在M后面再添加供差错检测用的n为冗余码一起发送。传输效率即为K/(K+n)
下面来看一例子：
模2除法与算术除法类似，但每一位除的结果不影响其它位，即不向上一位借位，所以实际上就是异或，被减数与减数只要满足异或结果就是1。
在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列(FCS)
下面要注意CRC和FCS的区别：CRC是一种常用的检错方法(仅仅是检测错误不是纠正错误)，而FCS是添加在数据末尾的冗余码。FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并不是用来获得FCS的唯一方法。
接收方对收到的每一帧进行CRC检测
如果将数据添加冗余码后得到的数与除数进行运算得出的余数R=0说明帧没有差错接收，反之说明有差错就丢弃。但是这种检测方法不能具体确定哪一个比特出错
仅用CRC差错检测技术只能做到无差错接受(凡是接受到的帧，都能认为是正确的。就是说只要我认为你是对的我就把你接受，即使你本身是有错误的)。不能做到“可靠传输”，那所谓的可靠传输就是发送端发送什么，接受端就接收什么。这必须再加上确认和重传机制。可靠传输在运输层实现。
2.点对点协议PPP
1.PPP协议的特点
对于点对点链路使用的最广泛的数据链路层协议就是点对点协议PPP
PPP协议应该要满足的要求有以下六点：
1.简单——这是首要的要求
2.封装成帧——必须规定特殊字符
3.透明性——必须保证数据传输的透明性
4.多种网络层协议——能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议
5.多种类型链路——能够在多种类型的链路上运行
6.差错检测——能够对接收端收到的帧进行检测，并丢弃有差错的帧。
PPP协议的组成
1.一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
2.链路控制协议LCP(协商数据链路层的一些参数)
3.网络控制协议NCP(协商网络层的一些参数)
2.PPP协议的帧格式
首部+帧+尾部
首部和尾部分别为4个字段和2个字段
其中F7E是开始结束的标志，FCS是冗余码，AFF是地址字段，C03是控制字段，协议部分用来确定帧的信息部分是什么类型的数据
在帧的信息部分实现透明传输的方法：
字节填充(字符填充)：在帧的数据部分如果出现开始或结束的标志那么就添加一个转义字符。(参考上面)而在PPP协议中实现透明传输的方法是零比特填充：
在PPP协议中的开始结束标志是7E，将7E转换成二进制数后是01111110，中间有6个连续1，所有在数据部分当发现有5个连续1就插入一个0，避免出现开始结束标志，从而实现了透明传输(在上述字符填充中的7E->7D跟这个原理其实是一样的)。
在发送端只要发现5个连续的1，就填入一个0。在接收端接收时需要删除0以确保数据的正确性。
PPP协议不提供使用序号和确认的可靠传输
主要原因是：
1.在数据链路层出现差错的概率不大，使用比较简单的PPP协议即可。
2.在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报，数据链路层的可靠传输并不能保证网络层的传输正确。
3.PPP协议的工作状态
注意通信结束时释放的顺序(网络层—数据链路层—物理层，这和建立链接的顺序刚好相反)以及PPP协议不单单只是纯粹的数据链路层协议，还包含着物理层和网络层的内容。
PPP协议的状态图
3.使用广播信道的数据链路层
1.局域网的数据链路层
1.局域网的主要特点：
- 网络为一个单位所有
- 地理范围和站点数目均有限
2.局域网的主要优点：
- 具有广播功能，能从一个站点很方便地访问全网。
- 便于系统的扩展和逐渐演变，各种设备的位置可以灵活调整和改变。
- 提高了系统的可靠性，可用性和残存性。
3.局域网的拓扑结构：
4.媒体共享技术
静态划分信道：
频分复用；时分复用；波分复用，码分复用
动态媒体接入控制：
- 随机接入
- 受控接入，如多点线路询问或轮询(令牌在环形网中的各点进行询问是否有数据要发送)
5.以太网的两个标准
- DIX Ethernet V2是世界上第一个局域网产品(以太网的规约)
- IEEE 802.3是第一个IEEE的以太网标准
这两个标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为以太网(符合DIX Ethernet V2的标准网)
6.数据链路层的两个子层
为了使数据链路层更好地适应多种局域网标准，就将局域网的数据链路层划分为两个子层：
- 逻辑链路控制LLC子层
- 媒体接入控制MAC子层
与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关。不管采用何种协议的局域网，对LLC子层来说都是透明的。在实际应用中一般不考虑LLC协议。
7.适配器(网卡)
适配器的重要功能：
- 进行串行/并行转换
- 对数据进行缓存(移位寄存器)
- 在计算机的操作系统安装设备驱动程序
- 实现以太网协议
2.CSMA/CD协议(主要解决了三个问题)
1.解决如何在广播信道上实现点对点通信(第一个问题)：
给每台主机分配一个MAC地址，帧首部有目的MAC地址的信息，每台机器对此进行比较，相同就接收不同就舍弃。
2.为了通信的方便，采取了两种重要的措施：
- 采用比较灵活的无连接的工作方式
- 以太网发送的数据都是用曼彻斯特编码
3.CSMA/CD协议的含义
含义：载波监听多点接入/碰撞检测。
多点接入表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上
例如在一根广播信道上分别有ABCDE五个主机，其中A要给E发送数据，D要给B发送数据。这时两者发送的数据就会迎面碰撞，产生冲突，信号就会失真，这就是碰撞检测。解决方法(解决的第二个问题：怎样避免在信道上发生碰撞)就是当某个主机想要发送数据时，先监听信道总线看是否有其它主机在发送数据，如果有就暂缓发送。如果信道是空闲的那就发送。(这就保证了信道在任何时刻不会同时又两个主机在发送数据，这就是载波监听(先听后发))
但是载波监听并不能完全保证不会出错，因为信号在信道上传播是有传播时延的。每个主机在检测信道是否空闲时会发送信号到信道的特定位置并不会往信道的左右两侧发送，所以仍然有可能产生碰撞。
4.碰撞检测
就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小(边发边听)。因为当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)，这时就能被检测出来。
那么当检测到信号碰撞之后，每一个正在发送数据的站就会立刻停止发送(冲突停发)，免得继续浪费网络资源。然后等待一段随机时间之后再次发送(随机重发)。
综上所述，CSMA/CD协议就是16个字：先听后发，边发边听，冲突停发，随机重发
5.传播时延对载波监听的影响
争用期：最先发送数据的站，在经过最多2T之后就能检测到是否发生碰撞，T为单程传播时延，因此2T被称为争用期，碰撞窗口。如果经过争用期这段时间还没有发生碰撞，那么就能肯定这次发送不会发生碰撞。
因此，以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡是长度小于64字节的帧都是无效帧。
6.CSMA/CD的重要特性
1.使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)。
2.每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。
3.这种发送的不确定性使得整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
7.二进制指数类型退避算法
发生碰撞的站在停止发送数据之后，要推迟(退避)一个随机时间才能再次发送数据。基本退避时间是争用期2T。如下图：注意各个数值的来源以及取值范围
8.强化碰撞
当发送数据的站一旦发现发生了碰撞之后，就会立即：
- 立刻停止发送数据。
- 再继续发送若干比特的人为干扰信号，目的是为了让所有用户知道现在信道上发生了碰撞(强化碰撞)。
人为干扰信号
注意，其中TB是A站开始发送数据到检测到碰撞所经过的时间，Tj是A站发送人为干扰信号的时间(发送时延)，T是干扰信号在信道上传播的时间(传播时延)。
9.CSMA/CD协议的要点
概括来说就是16个字：先听后发，边发边听，冲突停发，随机重发
(1).准备发送。在发送数据之前必须先检测信道——先听后发
(2).检测信道。如果检测到信道正忙，就不停地检测并等待空闲。如果检测到空闲，并且在96比特时间内保持空闲(保证了帧间的最小间隔)，就发送这个帧。
(3).检查碰撞。在发送过程中要不停地检测信道——边发边听，即网络适配器要边发送边监听，这时候就可能出现两种情况：
- 发送成功：在争用期内一直未检测到碰撞，则肯定发送成功。
- 发送失败：在争用期内检测到碰撞，这时候就会停止发送数据——冲突停发，并发送人为干扰信号，等待一定的时间(执行指数退避算法得到的等待时间)后回到步骤(2)——随机重发。最后，如果16次仍然不能成功，则停止重传而向上报错。
3.使用集线器的星型拓扑
传统以太网最初用的是粗同轴电缆，后来演化为比较便宜的细同轴电缆，最后发展为更便宜和更灵活的双绞线(相比于同轴电缆，传播距离短，性能不如它，但是最主要的就是便宜)。
采用双绞线的以太网采用星型拓扑(采用同轴电缆的都用的是总线结构)，在星型拓扑中有一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。但是现在也不采用集线器而是交换机。
每一个站点与集线器之间都有两对双绞线，分别用来发送数据和接收数据。双绞线两侧的插线头叫做RJ-45插头，也叫水晶头。每个站点到集线器的距离不能超过100米，因此两个站点之间的最大距离为200米。
1.星形以太网10BASE-T
各个数字的含义：
- 10：表示的是网络的带宽，速率为10Mbit/s
- BASE：基带
- T：表示的是传输媒体，双绞线
星形以太网10BASE-T的特点：
- 使用无屏蔽双绞线，采用星形拓扑
- 每个站都需要两对双绞线，分别用于发送和接收
- 双绞线的两端使用RJ-45插头
- 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此集线器的可靠性提高
- 10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100米
10BASE-T以太网在局域网中的统治地位：
- 这种10Mbit/s的速率既降低了成本，又提高了可靠性，具有很高的性价比。
- 10BASE-T双绞线以太网的出现，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础
- 从此以太网的拓扑结构就从总线结构变成了星形网络，以太网也在局域网中占据了统治地位
2.集线器的一些特点
(1).集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行
(2).使用集线器的以太网在逻辑上仍然是一个总线网，各站点使用的还是CSMA/CD协议，并且共享逻辑上的总线(当然如果用的是交换机那就不是共享带宽，而是独占带宽)
(3).集线器就像一个多接口的转发器(中继器)，工作在物理层
(4).集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回波抵消，减少了近端串音。
4.以太网的信道利用率
- 当多个站同时在以太网上工作时就可能发生碰撞
- 当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪费了，所以利用率不能达到100%
- 假设T是单程传播时延，则争用期的长度为2T，检测到碰撞后不发送干扰信号。设帧长为L（bit），数据发送速率为C（bits)，则帧的发送时间为T=L/C（s）
以太网信道被占用的情况
如上图所示，一共花费的时间为K2T+T0+T=(2K+1)T+T0，其中K是整数。在这段时间里面，只有T0这段时间是有数据发送的，因此以太网信道的利用率是T0/(2K+1)×T+T0可以简写为T0/(nT+T0)
参数a与利用率
如上图，利用率的公式可以变为：1/(1+na)。因此a->0，表示一发生碰撞就可以检测出来，并立即停止发送，信道利用率很高。反之，a越大，说明争用期所占比例越大，信道利用率越低。
为了提高利用率，a的值应该尽量小一些。对以太网参数a的要求是：(1).当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则T的数值会太大；(2).以太网的帧长不能太短，否则T0(实际发送数据的时间)会太小。
信道利用率的最大值
2.以太网的MAC层
1.MAC层的硬件地址
在局域网中，硬件地址又被称为物理地址或MAC地址，它是唯一的，严格来讲，它就是每个站的“名字”或者标识符
组织唯一标识符就是一个地址块，对应的一个地址块可以生成2的24次方个不同的地址，这种48位地址称为MAC-48，它的通用名称是EUI-48。
组地址和广播地址只能作为目的地址，而单站地址既能作为原地址又能作为目的地址。单站地址就是A站点发送的数据只有B站点接收到，也就是一对一的通信。而多播其实就是A站点发送的数据，BCD站点都能接收到，也就是一对多的通信。而广播的意思就是所有连接在总线上的站点都能接收到数据，也就是一对全的通信。所以，发送的帧当中的地址的类别，就决定了我要发送的类型(单站地址的帧，那就是发送给特定某个站点的...)
适配器从网络上接收到每一个MAC帧首先就要检查MAC地址。如果是发往本站的帧就收下，然后再进行其他处理，否则就将它直接丢弃。其中发往本站的帧包括：单播帧(一对一)，广播帧(一对全)，多播帧(一对多)。
所有的适配器至少都能识别单播地址和广播地址，有的还可以用编程方法识别多播地址。只有目的地址才能使用广播地址和多播地址，以混杂方式工作的以太网适配器只要“听到”有帧在以太网上传输就接收下来。
2.MAC帧的格式
常用的以太网MAC帧格式有两种标准：
- DIX Ethernet V2标准
- IEEE 的 802.3 标准
最常用的MAC帧格式就是以太网V2的格式：
如上图，目的地址(6个字节)里存放的是目的地(接收数据方)的MAC地址，源地址(6个字节)里存放的是源(发送数据)的MAC地址，类型字段共2个字节用来指出数据字段是哪种协议的数据(用来标志上一层使用的是什么协议)，数据字段的长度必须在46-1500字节之间(46=最短有效帧长64-14帧首部-4帧尾部；以太网的最大传输单元MTU就是1500字节)。
如果有某个帧的数据字段长度为40，即它的帧总长为14+40+4=58<最短有效帧长64，那么接收方会把它当做是已经发生碰撞过的帧，会直接丢弃。解决办法：在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。但是，在你加入填充字段之后，虽然解决了帧发送的问题，但是在接收方该怎么去掉你加入的填充字段(无效)呢？这个时候就需要用到IP数据报，在IP数据报的首部，有一个总长度字段，它记录了帧在填充之前的长度，因此当接收方接收帧时，就可以将接收到的帧和总长度字段进行对比，如果两者不一致就说明该帧进行了填充。
因为以太网的帧不存在帧定界的标识符，所以不需要考虑透明传输的问题。以太网在实际发送MAC帧的时候，为了达到比特同步，会在MAC帧的前面再加8个字节。前7个字节是前同步码，用来实现比特同步；后一个字节是帧开始定界符，表示后面的就是MAC帧。
无效的MAC帧：
- 数据字段的长度与长度字段的值不一致的
- 帧的长度不是整数个字节的
- 用收到的帧检测序列FCS查出有错误的
- 数据字段的长度不在46-1500字节之间的
- 有效的MAC帧长度为64-1518字节之间。
对于检查出的无效的MAC帧就简单地丢弃，以太网不负责重传丢弃的帧。
帧间最小间隔：
帧间最小间隔为9.6us，相当于96bit的发送时间。也就是一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6us才能再次发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。
4.拓展的以太网
1.在物理层扩展以太网
1.使用光纤扩展
如上图，当使用光纤进行扩展的时候，因为主机和以太网集线器都采用的是电信号，而光纤传播的是光信号，因此就需要花费额外的开销用来将电信号转换为光信号(光纤调制解调器)，还需要把光信号转换为电信号(光纤调制解调器)。
2.使用集线器扩展
如上图，采用集线器扩展有两种方法：级联(最常用)和堆叠(性能，成本相对较高)。堆叠的话需要特定的堆叠线缆，要进行堆叠的交换机物理距离要相近，而且并不是所有厂家生产的都能进行堆叠。所谓级联就是图中的第一点。
集线器扩展的优缺点：
优点：
- 使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信
- 扩大了以太网覆盖的地理范围
缺点： - 碰撞域增大了，但总的吞吐量并没有提高
- 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。
2.在数据链路层层扩展以太网
- 扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行
- 早期使用网桥，现在使用以太网交换机
网桥和以太网交换机
1.以太网交换机的特点 - 以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥(最常用24口)，通常都有十几个或更多的接口
- 每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式
- 以太网交换机具有并行性，能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信
- 相互通信的主机都会独占传输媒体，无碰撞的传输数据
- 以太网交换机的接口有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存
- 以太网交换机是一种即插即用的设备，其内部的帧交换表(地址表)是通过自学习算法自动逐渐建立起来的
- 以太网交换机使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率比使用软件转发的网桥快很多
2.以太网交换机的优点
- 用户独享带宽，增加了总容量，并不是传统的共享式以太网
- 从共享总线以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件和硬件，适配器等都不需要做任何改动
- 以太网交换机一般都具有多种速率的接口，方便各种不同情况的用户
3.以太网交换机的交换方式
- 存储转发方式：把整个数据帧先缓存后再进行处理(缺点是转发的速度慢)，优点就是会对帧进行差错检测避免将无效帧转发出去
- 直通方式：在接收数据帧的同时就立刻根据数据帧的目的MAC地址决定该帧的转发接口，因此转发速度会快一点；缺点是它不检查错误就直接将帧发送出去，有可能会发送无效帧给其它的站
4.以太网交换机的自学习功能(算法)
- 以太网交换机运行自学习算法自动维护交换表
-
开始时，以太网交换机里面的交换表是空的
交换表
自学习和转发帧的步骤
如上图，大致分为自学习和转发帧两个步骤：
- 交换机收到帧后先进行自学习。查找交换表中是否有与收到帧的源地址相匹配的项目。
- 转发帧。查找交换表中是否有与收到帧的目的地址相匹配的项目
根据上图交换表，一开始交换表为空，然后当A要发送一个数据帧给B时，数据帧通过接口1发送到交换机里，经过查找发现没有与源地址A相匹配的项目，那么就自动在交换表中添加一行(自学习)：A 1 ...(有效时间)，然后再查找交换表中有没有与目的地址B相匹配的项目，没有的话就向接口2,3,4同时发送数据帧(这里相当于就是采用广播或者穷举的方法，既然我交换表里面没有存储目的地址相匹配的信息那么我就把可能的路径全部走一遍总能找到目的地址)。当通过接口2发送到站C时，C会检测收到的帧的目的地址发现与自己不匹配那么就会丢弃，只有当数据帧通过接口3发送到站B时才会被接收。当下一次D要发送数据帧给A时，在查找目的地址时有匹配的项目，那么数据帧就会直接通过接口1发送给站A。当下一次A又要发送数据帧给C时，会对交换表中的A进行更新，当然站点不会更新，接口可能更新也可能不更新，有效时间一定会更新。
增加有效时间是因为：网络的拓扑结构是会变化的，有时主机A经过一段时间后接口发生变化，如果不更新就会导致转发出错。另外当主机A的网卡坏掉而重新更换时，如果不更新交换表也会导致出错。当超过有效时间后，该项目就会被删除。
5.冗余链路
在多台交换机之间使用链路连接时，可靠性很低，一旦当链路断开，交换机和网络就会瘫痪(单点故障)，因此在一条链路的基础上在增加一条冗余链路来提高可靠性(交换机之间变成两条链路)，但是这种方法也会带来更大的问题1：广播分报。所谓广播分报就是自学习的过程可能导致以太网帧在某个环路中无限制的兜圈子。另外带来的问题2—MAC地址抖动：就是在一个交换机内不停的出现同一个地址的不同接口，不停的更新A 1，A 2，A 3...
带来的问题3—帧重复：某个主机不停地接收同一个帧
解决方法：生成树协议
在逻辑上切断某些链路其实就是：关闭某个端口从而消除回路结构(破环)，形成一个无环路的树状结构，关闭的端口具体是哪个是根据选举得到的。如果需要再重新开启端口的话，可能出现最坏的情况就是耗费50s来再次开启，因此就有了快速生成树RSTP，多生成树MSTP，它们再次开启端口耗时短只需要1s左右。
3.虚拟局域网
- 利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN。
- 虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符(用来指出特定的VLAN组)，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个VLAN。(其实就例如某个学校的教务管理系统，学生，教师，和工作人员对这个系统的使用各不相同，学生只能查看成绩，教师能够查询和更改成绩，而工作人员可以配置维护这个系统，他们每个组的权限各不相同，就相当于是不同的VLAN，VLAN的划分是在交换机内部进行的)
- 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
- 由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需的资源。
-
同一个VLAN组下的成员是可以直接通信的，不同VLAN组下的成员在没有经过特殊处理(使用路由器或者三层交换机，但是因为路由器的接口有限，一般都采用三层交换机)时是不可以直接通信的。如下图：
VLAN分组
不同字母就属于不同的VLAN组。例如当B1向VLAN2工作组发送数据时，工作站B2，B3将会接收到广播的信息(位于广播域内就能接收到信息，实际上每一个VLAN就是一个广播域)。A与C就不能收到信息。
虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引把性能恶化。
1.虚拟局域网使用的以太网的帧格式 - IEEE批准了802.3ac标准，该标准定义了以太网的帧格式的扩展，以支持虚拟局域网。
- 虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入个4字节的标识符，称为VLAN标记(tag)，用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。
- 插入VLAN标记得出的帧称为8021.Q帧(dot1Q帧)或带标记的以太网帧。
802.1Q帧
如上图，VLAN标识符中有一个特殊的VLAN1，它在交换机一生产就存在于交换机里面，用户既不能创建也不能删除VLAN1，只能改变其中的成员。
